基于猫眼逆反射器的大范围免调试激光器

利用具有逆反射特性的光学元件构成激光器的谐振腔,能够赋予激光器大范围免调试工作的潜力.本文讨论了谐振激光自适应无线传能/通信等新兴应用对激光器免调试工作范围的要求,设计了基于猫眼逆反射器的大范围免调试激光器,采用腔内望远镜系统和复合腔结构分别拓展激光器的工作距离范围和提升激光安全性.通过对激光谐振腔的稳定性分析和对猫眼逆反射器的像差分析,明确了球差和场曲导致的猫眼离焦分别是限制免调试激光器工作距离和视场的关键因素.实验中通过优化光学设计补偿像差,实现了端面泵浦Nd:GdVO4激光器的大范围免调试运转.16.6W泵浦功率下,激光器接收端在1—5 m工作距离范围内移动和在±30°接收端视场范围内转动时输出功率保持在5 W以上,功率波动小于10%,无需重新准直调节.5 m工作距离下,在4.6°发射端视场内输出功率保持在其最大值的50%以上,对应接收端横向移动范围达到40 cm.本工作明确了猫眼腔免调试激光器的设计优化原则,为相关研究提供了实验结果参考.

分布式猫眼腔免调试激光器发射端视场的优化

为实现面向自适应激光无线传能应用的大范围免调试激光器,对基于猫眼逆反射器的端面泵浦Nd:GdVO;激光器开展实验研究;在补偿接收端的球差和场曲、优化激光器工作距离和接收端视场的基础上,分析发现发射端各透镜的场曲所导致的猫眼逆反射器离焦是限制其视场角度(接收端离轴量容限)的主要因素。基于Zemax软件对发射端场曲进行分析计算,并设计加工了矫正场曲的非球面透镜以避免接收端离轴情况下的发射端离焦,实现优化发射端视场的目的。使用优化设计的非球面透镜后,在5 m的长工作距离下激光器4.6°发射端视场内的输出功率均在其最高输出功率的50%以上,相比使用普通球面透镜时的结果得到显著的提升。对比理论设计和实验结果仍有一定差距,认为补偿激光晶体热透镜的像差是进一步优化发射端视场的关键。